CN218886153U - 一种激光雷达装置、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于探测技术领域，提供了一种激光雷达装置、设备及系统。一种激光雷达装置，所述装置包括：激光器，用于生成激光；发射镜头，设置于所述激光器生成的激光光路上，用于将所述激光器生成的激光射向待测目标；接收镜头，用于接收所述待测目标反射的激光；激光探测器，设置于所述待测目标反射的激光光路上，用于检测所述待测目标反射的激光；偏振件，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述接收镜头与激光探测器之间，用于过滤与预设偏振条件不符的所述待测目标反射的激光。通过设置偏振件滤除接收到的光当中与预设偏振条件不符的光，从而除去因环境散射而混入的光，保证接收到的光中没有散射光，解决了激光雷达判定虚假目标的问题。

Description

一种激光雷达装置、设备及系统

技术领域

本申请属于探测技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置、设备及系统。

背景技术

激光雷达是一种利用激光完成三维探测的遥感技术，由发射系统和接收系统组成。发射系统用于发射脉冲激光照明目标物体，接收系统用于收集目标物体对发射激光的反射光，通过记录发射脉冲和接收脉冲的时间差来计算物体的纵向距离。

激光雷达常常会工作在沙尘、雨雪、雾霾等恶劣环境中。这类环境会对发射激光进行散射，使得接收系统不仅会接收到目标物体的反射光，还会接收环境中的散射光，造成出现虚假目标的问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达装置，旨在解决现有的激光雷达出现的虚假目标的技术问题。

本申请实施例是这样实现的，一种激光雷达装置，所述装置包括：

激光器，用于生成激光；

发射镜头，设置于所述激光器生成的激光光路上，用于将所述激光器生成的激光射向待测目标；

接收镜头，用于接收所述待测目标反射的激光；

激光探测器，设置于所述待测目标反射的激光光路上，用于检测所述待测目标反射的激光；

偏振件，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述接收镜头与激光探测器之间，用于过滤与预设偏振条件不符的所述待测目标反射的激光。

本申请实施例的另一目的在于一种激光雷达设备，所述设备包括如上述目的中所述的激光雷达装置。

本申请实施例的另一目的在于一种激光雷达系统，所述系统包括如上述目的所述的激光雷达设备。

本申请实施例提供的一种激光雷达装置，通过设置偏振件滤除接收到的光当中与其自身具有的偏振条件不符的光，将接收到的光当中因环境散射而混入的光除去，保证雷达接收到的光当中不会混有环境光，解决了激光雷达判定虚假目标的问题。

附图说明

图1为本申请提供的一种激光雷达装置的结构与光路示意图；

图2为本申请一个实施例提供的激光雷达装置的结构与光路示意图；

图3为本申请另一实施例提供的激光雷达装置的结构与光路示意图；

图4为本申请另一实施例提供的一种激光雷达设备的结构示意框图；

附图中：1、激光器；2、发射镜头；3、接收镜头；4、偏振件；5、激光探测器；6、偏转件；7、调制件；8、集光件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以下结合具体实施例对本申请的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本申请实施例提供的一种激光雷达装置的结构图。一种激光雷达装置，所述装置包括：

激光器1，用于生成激光；

发射镜头2，设置于所述激光器1生成的激光光路上，用于将所述激光器1生成的激光射向待测目标；

接收镜头3，用于接收所述待测目标反射的激光；

激光探测器5，设置于所述待测目标反射的激光光路上，用于检测所述待测目标反射的激光；

偏振件4，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述接收镜头3与激光探测器5之间，用于过滤与预设偏振条件不符的所述待测目标反射的激光。

在本申请实施例中，激光器1是整个激光雷达装置的光源，发射与预设偏振条件相符合的激光，并通过发射镜头2射向待测物体，激光器1的出射角度可以通过调整激光器自身的角度而调整；接收镜头3对准待测物体的反射光方向接收反射回来的光，接收的光经过偏振件4，根据预设的偏振条件滤除掉与激光器1发出之光的偏振条件不符合的光，最终留下来的光束进入激光探测器5，光路完成。

在本申请的一个实例中，当光入射到待测物体上时，光的反射现象可以根据光的电磁理论，由电磁场的边界条件进行分析。将入射光的电矢量分解为平行于入射面的p分量E_p和垂直于入射面的s分量E_s，则反射光中p分量的反射率与s分量的反射率分别为：

另外还需要满足条件：

n₁sini₁＝n₂sini₂

其中n₁和n₂分别为空气和物体的折射率，i₁为光到物体的入射角。以最常见的玻璃举例，光由空气入射到玻璃上，则n₁＝1，n₂＝1.5。而对于玻璃这种物体，p分量反射率与s分量不相等，且p分量反射率始终高于s分量。此外，若入射光为p偏振光，则出射光为p偏振；若入射光为s偏振光，则出射光为s偏振。而当光入射到沙尘、雨雪、雾霾等散射介质时，光会与空中的尘埃颗粒或雾滴随机发生多次相互作用、再被接收系统收集。因此散射光为非偏振光，且p偏振分量与s偏振分量相近。

根据上述光学原理，本实施例利用偏振光特性，通过偏振件4滤除偏振条件不同的光以去除环境散射混入的光，从而达到去除虚假目标、提高激光雷达精度的技术目的。

如图2所示，作为本申请的一种优选实施例，所述激光雷达装置还包括：

偏转件6，设置于激光器1生成的激光光路上且位于所述激光器1与发射镜头2之间，用于偏转所述激光器1生成的激光以使所述激光能够在其所在的平面内进行扫描。

在本实施例中，偏转件6用于改变激光的出射角度，由于偏转件6可以在光路中随时改变角度，因此若是在一定的角度范围内周期性地改变偏转件6的角度，即可以实现出射激光对待测物体的扫描式探测。而优选地，所述偏转件6可采用旋转多面反射棱镜、微机电系统振镜、空间光调制器或数字微镜阵列等可以用于改变光路中光的行进方向的设备。

如图3所示，作为本申请的一种优选实施例，所述激光雷达装置还包括：

调制件7，设置于待测目标反射的激光光路上，用于调制接收镜头3所成的像；所述接收镜头3所成的像落在所述调制件7上；

集光件8，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述调制件7与偏振件4之间，用于收集经所述调制件7进行调制的激光。

在本实施例中，调制件7主要用于调制整理接收镜头3接收到的反射光。由于该反射光的中混入了大量的环境散射光，因此光的偏振性与入射方向都呈现出杂乱的状态，因此设置调制件7来对接收到的反射光进行调制整理，便于光路上接下来的各组成部件工作；而集光件8则是将调制件7整理过后的光进行聚焦处理并将聚焦过的光导向偏振件4与激光探测器5，提高激光雷达的数据处理精度。优选地，所述调制件7为空间光调制器或数字微镜阵列等用于调整光路的器件，所述集光件8为单透镜、透镜组、光纤光锥或聚光器等用于聚焦光束的器件。

作为本申请的一种优选实施例，所述偏振件4，用于使偏振方向平行于所述偏振件4的光轴方向的光通过、且使偏振方向垂直于所述偏振件4的光轴方向的光被吸收或偏转。

如上文实施例中所述，将入射光的电矢量正交分解，即得到平行于入射面与垂直于入射面两个方向上的分量，而在正交方向上处理偏振问题可以大幅度简化光处理过程，因此本实施例将偏振件4的光轴也在上述正交方向上设置，以简化光路与偏振滤除处理。在本实施例中，根据上述简化原则，优选地将所述偏振件4的光轴方向设置为垂直于入射面方向，所述激光器1生成的激光的偏振方向为平行于入射面方向，以具体达到简化目的。

作为本申请的一种优选实施例，所述激光器1为脉冲激光器1，在所述激光器1的光源口前端设置有准直镜或扩束镜，分别用于对生成的激光进行准直或扩束；

所述发射镜头2为单透镜或透镜组；

所述接收镜头3为单透镜、透镜组或菲涅尔透镜；

所述偏振件4为偏振片、偏振分束棱镜或格兰泰勒棱镜；

所述激光探测器5，具体用于检测所述待测目标反射的激光的光功率；所述激光探测器5为光电二极管、光电倍增管或雪崩光电二极管。

在本实施例中，发射镜头2与接收镜头3可以采用的普通的单透镜或透镜组，也可以采用菲涅尔透镜，以使接收到的光更加均匀化，保持透过接收镜头3的光的各部分亮度大体一致；偏振件4除可以采用常见的偏振片、偏振分束棱镜以外，还可以采用格兰泰勒棱镜，使得环境散射光发生全反射以滤除之，并以提高光透过率以及偏光纯度；激光探测器5是整个激光雷达装置光路的终端，用于检测处理过后的反射光，通过测量所述反射光的光功率来确定待测物体与激光雷达装置之间的距离，可采用普通的光电二极管，也可以采用光电流增大效应更强的光电倍增管甚至是雪崩光电二极管来加强检测效果。

如图4所示，本申请实施例还提供一种激光雷达设备，所述设备包括如上述实施例所述的激光雷达装置。图4中的粗箭头表示光路，细箭头表示数据通路。

在本实施例中，具体地可以将上述实施例中的激光雷达装置分为两部分：激光器1、发射镜头2以及偏转件6共同封装为发射模块，接收镜头3、调制件7、集光件8、偏振件4以及激光探测器5共同封装为接收模块，发射模块是光路始端，接收模块则是光路终端，激光从发射部分出射射向待测物体的子视场，接收模块接收待测物体的子视场反射回来的激光、利用偏振件4过滤散射光并利用激光探测器5检测光功率；同时发射模块与接收模块均与数据处理模块互通数据，所述数据处理模块可以采用单片机、个人计算机、巨型计算机、智能移动设备等现有数据处理设备，用于记录激光雷达设备发射模块出射激光的属性、分析激光探测器5接收到的光功率与待测物体的距离、方位角之间的关系。

本申请实施例还提供一种激光雷达系统，所述系统包括如上述实施例所述的激光雷达设备。

在本实施例中，在所述激光雷达系统中，可以设置若干个所述激光雷达监测设备，通过加大数据量的方式提高激光雷达的测定精度，具体的设置方式可采用单方向阵列或多方向覆盖的方式，设置方式取决于所述系统的探测需求，可根据实际情况进行设置，本申请不做限定；上一实施例中所述激光雷达设备中的数据处理模块可以统一集成设置于激光雷达系统中，所有的激光雷达设备都连接到集成设置的数据处理模块，以提高数据处理以及数据整合的效率。

本申请上述实施例中提供了一种激光雷达装置，并基于该激光雷达装置提供了一种激光雷达设备、一种激光雷达系统。所述激光雷达装置通过偏振光的性质匹配激光器1与偏振件4的偏振性质，滤除激光雷达光路中因环境散射混入的散射光，去除虚假目标、提高激光雷达的测定精度；同时将所述激光雷达装置封装为激光雷达设备并加设数据处理模块，数字化、自动化地确定待测物体与激光雷达之间的距离和方位角关系；阵列或空间覆盖性设置所述激光雷达设备，集成设置所述数据处理模块，形成激光雷达系统，通过加大数据量的方式提高激光雷达的精度，更有效地判断待测物体的位置。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，所述装置包括：

激光器，用于生成激光；

发射镜头，设置于所述激光器生成的激光光路上，用于将所述激光器生成的激光射向待测目标；

接收镜头，用于接收所述待测目标反射的激光；

激光探测器，设置于所述待测目标反射的激光光路上，用于检测所述待测目标反射的激光；

偏振件，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述接收镜头与激光探测器之间，用于过滤与预设偏振条件不符的所述待测目标反射的激光。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述装置还包括：

偏转件，设置于激光器生成的激光光路上且位于所述激光器与发射镜头之间，用于偏转所述激光器生成的激光以使所述激光能够在其所在的平面内进行扫描。

3.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述偏转件可采用旋转多面反射棱镜、微机电系统振镜、空间光调制器或数字微镜阵列。

4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述装置还包括：

调制件，设置于待测目标反射的激光光路上，用于调制接收镜头所成的像；所述接收镜头所成的像落在所述调制件上；

集光件，设置于所述待测目标反射的激光光路上且位于所述调制件与偏振件之间，用于收集经所述调制件进行调制的激光。

5.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述调制件为空间光调制器或数字微镜阵列；

所述集光件为单透镜、透镜组、光纤光锥或聚光器。

6.根据权利要求1-5任一所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述偏振件，用于使偏振方向平行于所述偏振件的光轴方向的光通过、且使偏振方向垂直于所述偏振件的光轴方向的光被吸收或偏转。

7.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述偏振件的光轴方向为垂直于入射面方向，所述激光器生成的激光的偏振方向为平行于入射面方向。

8.根据权利要求1-5任一所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述激光器为脉冲激光器，在所述激光器的光源口前端设置有准直镜或扩束镜，分别用于对生成的激光进行准直或扩束；

所述发射镜头为单透镜或透镜组；

所述接收镜头为单透镜、透镜组或菲涅尔透镜；

所述偏振件为偏振片、偏振分束棱镜或格兰泰勒棱镜；

所述激光探测器，具体用于检测所述待测目标反射的激光的光功率；所述激光探测器为光电二极管、光电倍增管或雪崩光电二极管。

9.一种激光雷达设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1-8所述的激光雷达装置。

10.一种激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求9所述的激光雷达设备。

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